第二章 整地机械
引 言
第一节 圆盘耙及其理论计算
第二节 旋耕机及其理论分析
引 言
耕地后土垡间
有很大的空间, 土
块较大, 地表不平,
尚不能进行播种作
业, 须进行松碎平
整作业, 以达到地
表平整, 上松下实
的农作物栽培要求 。
这项工作一般由整
地机械来完成 。 整地机械简介 — 视频资料，点击画面
整地机械的种类很多，根
据不同作业的需要有以下几种
类型：钉齿耙、圆盘耙、悬耕
机、滚轧耙、镇压器等。其中，
钉齿耙目前多用于蓄力作业，
圆盘耙和悬耕机机械化应用较
多。
本章的重点是圆盘
耙和悬耕机的类型、结
构、工作原理、理论分
析和基本计算。
镇压器的作用 — 视频
悬
挂
圆
盘
耙
牵
引
圆
盘
耙
镇压器配合联合播种机在工作
旋耕镇压联合作业机在工作
旋耕机系列 —— 卧式旋耕机和立式旋耕机
第一节 圆盘耙及其理论计算
一、圆盘耙的类型和表达方式
二, 一般结构和工作过程
三, 圆盘耙片的结构参数和基本计算
四, 圆盘耙的牵引阻力
第一节 圆盘耙及其理论计算
圆盘耙始用于 40年代, 是替代钉齿耙的主要机具之一, 目前国内外已广泛采用,
他的主要特点是：被动旋转, 断草能力较强, 具有一定的切土, 碎土和翻土功能, 功
率消耗少, 作业效率高, 既可在已耕地作业又可在未耕地作业, 工作适应性较强 。
圆盘耙的用途和类型 —— 视频（点击画面）
一, 圆盘耙的类型和表达方式
1、按与动力的连接方式分：牵引式、悬挂式
和半悬挂式。
2,按耙片的直径分,
重型耙 （ 660mm）
中型耙 （ 560mm）
轻型耙 （ 460mm）
3,按耙片的外缘形状分
全缘耙
缺口耙
全缘耙片易于加工制造，缺口耙片入土能力
强，易于切断杂草、作物残茬等，但成本高。
4,按耙组的配置方式分
单列耙, 双列耙, 组合耙, 偏置耙, 对置耙
圆盘耙型号的表达方式
1、型号的组成,1 B 字母 —— 数字
农机序列好号
农机具组别号
圆盘耙的特性
耙的工作幅宽
（ m）
2、型号全称,
QX—— 轻型悬挂耙
JX —— 中型悬挂耙
J —— 中型耙
Z —— 重型耙
例如,1BZQ—— 4.5 重型牵引圆盘耙
二, 一般结构和工作过程
1,结构组成：耙组, 耙架, 牵引架, 偏角调
节装置等 。
2,工作过程
⑴ 耙片在空间的位置对土壤作用的影响
,
以地面为作业面，圆盘回转平面与地面垂
直为基本工作条件，则有下列几种作用效果,
α=00时, 只有滚动没
有拖动, 能切断杂草
和土块, 但无翻土能
力, 且难以达到预定
的耙深 。
Vm
α =900时, 耙片只有拖动没有滚动,
有强烈的翻土能力, 但断草能力几乎
为零, 且很容易造成土壤堆积和堵塞
现象 。
Vm 90o
0＜ α＜ 900时, 既有滚动又有拖动, 是整
地过程所需要的工作状态 。
⑵ 工作过程：耙地机组在
牵引动力的作用下, 圆盘
耙片受重力和土壤反力的
作用边滚动边切入土壤并
达到预定耙深, 由于耙片
偏角的作用, 耙组同时完
成了切割土壤, 切断杂草
和翻扣的工作 。
Vm α
三, 圆盘耙片的结构参数和基本计算
1、耙片直径,D = k a
max
式中,k— 经验系数,4 ~ 6
amax— 最大设计耙深 cm
2、圆盘球面半径,R=D/2sinψ
式中,ψ— 扇形半角,21~270
3,耙片厚度：选择时要充分考
虑直径的大小, 工作负荷等因素,
一般用下式来确定圆盘厚度的大
小 。
δ =（ 0.008 ~ 0.012） D
重耙,δ=5 mm
中耙,δ=4 mm
轻耙,δ=3.5 mm
4、耙片轴向安装间距 b的确定
耙片间距对圆盘耙设计安装和
使用耙组、保证其正常工作是非常
重要的。轴向间距的大小直接影响
耙组在耕作横断面内的对土壤加工
和处理的程度、碎土质量。 间 距太
小易造成土壤堵塞，太大易产生漏
耙。要解决好这一矛盾，耙片轴向
安装间距的合理选择是至关重要的。
4、耙片轴向安装间距 b的确定
在横断面内的耙片对土壤的影响区域形状如下,
圆盘耙片在工作时, 从其
横断面看上去为一椭圆形, 由
于 b的存在, 相邻两圆盘加工
后的土壤横断面中间有一凸起
高度 h,当 h=a时表示有严重的
漏耙现象发生, 而 h=0又是不
可能的, 所以, 要求 h≤a。 因
此, b的确定对凸起高度 h的大
小有直接的影响, 必须找出 b
与 h的函数关系, 以便保证既
不漏耙又不堵塞正确合理的耙
片轴向安装间距 。
4、耙片轴向安装间距 b的确定
由图所知,
b=Dhtgα
Dh—— 耙片盘面在
凸起高度处的耙片
玄长, Dh=？, 其
大小可通过沿耙片
轴向的投影辅助图
获得 。
4、耙片轴向安装间距 b的确定
∵ △ ABC∽ △ ACF
∴ =
2/Dh
cD ?
c
Dh 2/
h A F
B
C
Dh
D
∴ h（ D－ h） =Dh2/4,
∴ Dh=2√h（ D－ h）
∴ b =2√h（ D－ h） tgα
又 ∵ b = Dh tgα
4、耙片轴向安装间距 b的确定
∴ b =2√h（ D－ h） tgα
注意,该公式只是一定性分析式，它只是说
明了 b与 h函数关系，并没有进行量化处理，
我们做如下处理,
设,hmax≤a / 2,D = k amax=（ 4~6） amax，取
平均值 k = 5,α= 140 ~ 230,取 α= 200，
a=180mm,D=460mm,h=a/2=180/2=90mm，
则有,b=132mm。
b=132mm
可以吗？
4、耙片轴向安装间距 b的确定
该值从理论上满足了圆盘耙
不产生漏耙的要求, 按照这样一
个参数进行耙片安装在实践中如
何呢？ 通过田间试验表明, 由不
产生漏耙所确定的 b值过小, 极
易发生堵塞现象 。
通过田间试验表明, 由不
产生漏耙所确定的 b值过小, 极
易发生堵塞现象 。 在同样结构
参数条件下, 不产生泥土和杂
草堵塞的经验 b 值为,
b≥（ 1.5~2） a
b≥（ 1.5~2） a
如果该经验公式与前面我们已经求得的
不产生漏耙现象的耙片最大轴项安装间距,
b =2√h（ D－ h） tgα
等价的话, 这是我们最希望出现的结果, 这
使得理论与实践获得了统一 。 事实并非如此,
将已知量 a=180mm经验公式, 取系数为 1.5
得,b≥ 1.5× 180≥270mm。
验证结果表明, 不产生漏耙的
条件与不产生堵塞的条件不能同时
满足, 既出现了二种结果,
)( hDh ?
b≤2 tgα 不漏耙
a b≥ （ 1.5~2） a 不堵塞
这是农机具设计和使用中常出现的矛盾！
问题,1、如何解决这一矛盾？
2、用取中间值的办法？
措施,1,首先以不产生堵塞的条件 b≥
（ 1.5~2） a 确定圆盘耙片的轴向
安装间距, 保证耙组能入土工作 。
2,然后采取配置相互交错排列
的前后 2列耙组, 前耙组产生的
漏耙由后列耙组进行处理, 保证
整台机组既不漏耙又不堵塞 。
结论,通常在生产实际过程中所应
用的圆盘耙均为双列耙。
措施,
四, 圆盘耙的牵引阻力
Rx=kb a B （ N）
式中,kb— 耙地比阻, （ N/cm2）
未耕地：粘土,5.5；壤土,3.5
已耕地：粘土,2.8；壤土,2.1
a— 耙深 （ cm）
B— 总工作幅宽 （ cm）
注意：请自学圆盘耙的受力与机组平衡 P55~58。
思考题
1、圆盘耙的类型和表达方式？
2、圆盘耙的一般构成？
3、耙片轴向安装间距二个条件及应用？
第二节 旋耕机及其理论分析
一、基本构成
二、主要类型
三、作业特点
四、工作原理
五、旋耕机刀片的运动分析
六、旋耕机作业质量控制
七、旋耕机的功率消耗
第二节 旋耕机及其理论分析
旋耕机应用的历史较短, 用途不一, 有些国家和地区作为耕地机械使
用, 有的用作整地机械, 山东省及周边地区大多用于耕后松碎土壤和整平
地表 。 在我国应用量逐年增加, 尤其是北方干旱地区 。
旋耕机 —— 他是一种工作部件
主动旋转，以铣切原理加工土
壤的耕耘机械。
一、基本构成：机架、传动装置、
刀辊、挡土罩、平地拖板等。
二, 工作过程,
旋 耕 机 刀
片在动力的驱动
下一边旋转, 一
边随机组直线前
进, 在旋转中切
入土壤, 并将切
下的土块向后抛
掷, 与挡土板撞
击后进一步破碎
并落向地表, 然
后被拖板拖平 。
三、作业特点
碎土能力强、平整度高、对土壤的适应性好、
纵向尺寸短、耕深小、功耗大、幅宽小、效
率低。
四、主要类型
1、按与动力连接方式分：牵引式,悬挂式、直连式。
2、按刀轴安置方向分：横轴式、立
轴式、斜轴式。
3、按动力传递路线分：侧边传
动、中间传动。
侧边传动 中间传动
五、旋耕机刀片的运动分析
旋耕机工作时, 刀片一边绕轴正向旋转,
一边随机组作直线运动, 因此, 刀片的绝对
运动轨迹是一条由旋转运动与直线运动合成
的数学摆线, 但是, 由于二者之间的数值组
合不同, 其合成后的摆线形状存在较大的差
异, 并且对旋耕机最终的工作结果产生不同
的影响, 我们研究并分析旋耕机刀片的运动
轨迹的目的就在于确定适用于旋耕机正常工
作的条件及其量化指标 。
1,刀片的绝对运动轨迹 （ 定性分析 ）
设,R— 旋耕机刀片端点的最大回转半径
Vm— 机组前进速度
ω— 刀片回转角速度
t— 时间函数
则有,Vd— 刀片端点的切向速度，
Vd=Rω,令速比为,λ = Vd/ Vm 。
我们通过作图的方式确定刀片的绝对运动轨迹
x
y
ω
Vmt
ωt
Vm
o m o/
h
M
Vmt
x
y
ω
ωt
Vm
o m o/
h
M
X = R cosωt ＋ Vm t
y = R sinωt M点的运动方程,
不同速比 λ对旋耕机工作质量的影响
已知,λ = Vd / Vm,由于速比 λ 的不同，
其运动轨迹形状也不同，有 三 种情况,
λ＜ 1 λ＞ 1 λ＝ 1
我们考察一下这 3种情况分别对旋耕
机正常工作有那些影响, 从而定性地决
定旋耕机正常工作的基本条件 。
根据旋耕机工作的特点我们了解到，旋耕机刀片先
是切土，然后向后抛土，这一基本动作就需要旋耕机刀
片从入土开始到抛土结束并抬离地面，其绝对运动轨迹
上的任意一点的绝对速度的水平分速 Vx指向后方，既 Vx
＜ 0,3种速比下的刀片绝对运动轨迹是否都能满足上述
要求呢？我们做一下对比分析,
λ ＜ 1，短摆线
Vm
V
Vx
结论,Vx＞ 0,不能向后抛土
Vx
V= Vx
V
M N
λ＝ 1，滚摆线
Vx＞ 0，不能用
Vm Vm
Λ＞ 1，余摆线
在 MN线下,Vx＞ 0，满足
通过做图分析发现, 只有 λ
＞ 1余摆线时刀片才能满足向后
抛土的条件, 并且只是轨迹最大
玄长以下部分才能满足, 设计和
应用时要特别注意, 刀片的工作
深度不能超过这个范围 。 影 响最
大玄长高度的因素主要是刀片的
尺寸, 机组的前进速度和刀片的
回转速度, 既 λ值 。
在结构参数不变的情况下, λ 值越大, 轨迹最大
玄长的值越大, 其位置就越靠上, 当 λ =∞ 时, 刀片端
点的绝对运动轨迹为一数学圆, 最大玄长在横轴处,
耕深可达最大值, 但这是不可能的, 因为此时机组不
在前进 。 而是原地扒窝 。 因此, λ ＞ 1是旋耕机正常工
作的定性条件 。
R
Vm=0,λ=∞
2、机组速度 Vm与刀片旋转
速度 ω 的配合（定量分析）
上述分析只是定性的确定了刀片
满足旋耕机正常工作的基本条件 ——
λ＞ 1。 实际上, λ的数值不同其形状差
别很大, 对工作质量和工作性能也有
较大的影响, 主要影响因素是机组速
度 Vm与刀片旋转速度 ω的大小和配合程
度, 必须找出他们之间的函数关系,
然后加以量化处理 。
Vmt
x
y
ω ωt
Vm
o m o/
h
M
设,m点为刀片入土点，从开始入土到抛土结束并抬离
地面均满足旋耕机正常工作的条件,则有,
x = Rcosωt + Vmt, y = Rsinωt = R－ h
x = Rcosωt + Vmt ①
y = Rsinωt = R－ h ②
要满足向后抛土的条件, 刀片绝对运动轨迹上任意一
点的绝对速度的水平分速 Vx＜ 0,根据上述方程, 我们不
难得出,
Vx= x/ =Vm + Rωsinωt＜ 0
sinω t = （ R－ h） / R,代入上式得,
Vm－ Rω（ R－ h） / R＜ 0
∴ Vm ＜ （ R－ h） ω（ 定量 ）
结论,旋耕机正常工作必须同时
满足定性和定量二个条件，既,
① 定性条件,λ ＞ 1 （余摆线）
② 定量条件,Vm ＜ （ R－ h） ω
该公式也可用下列公式表述,
h＜ R — Vm/ω,或 h＜ R（ 1— 1/λ ）
Vm ＜ （ R— h） ω
h＜ R — Vm/ω
h＜ R（ 1— 1/λ ） —— λ ↑→h↑？
上述公式主要反映了结构参数与运
动参数对耕深的影响 。 如,R的变化对耕
深的影响, 我们很容易理解, 但 ω, Vm
对 h的影响就有些抽象了 。 实际上, 前面
我们已经做过解释,ω 和 Vm决定了 λ 值
的大小, 决定了刀片运动轨迹的形状 。
Vm ＜ （ R— h） ω
h＜ R — Vm/ω
h＜ R（ 1— 1/λ ）
λ 越大, 其形状的最大玄长值也就越大,
位置也越靠上, 能满足耕深的轨迹高度越大 。
当 λ →∞ 时, Vm→ 0,（ λ =Rω / Vm）, 能满足
向后抛土的轨迹高度为半径 R。 既 h = R,反之,
耕深就小, 当 λ → 0时, Vm→∞, ω=0,绝对运
动轨迹为一条直线, 没有环扣, 也就无法向后
抛土 。
旋耕机运动参数一般的取值范
围,Vm = 0.5~1.5 m/s,n = 190~280
r/min,或 λ= 4~10,h=8~16 cm。 由
于国外多采用大功率拖拉机, 刀片
材料好, 旋耕机的工作深度可达
20~25cm,完全可以取代犁耙作业,
减少拖拉机的进地次数, 保护土壤
不受更大的破坏 。
六、旋耕机作业质量控制
由于旋耕机工作时是
以铣切原理加工土壤的,
这就使得刀轴上同一个回
转平面内的刀片在相继入
土和切削土壤的过程是间
歇的 。 设：安装在刀轴上
的同一个回转平面内的刀
片数量为 Z。
S
△ x
A B
Vm
随着第一把刀在 A点入土, 刀片一面旋转, 一
面随机组直线前进, t时刻后, 安装在同一个回转平
面内的第二把刀开始在 B点入土, 那么, AB=S,定
义为旋耕机刀片的切土节距 。 △ x— 一把刀在纵垂面
内所能切土的厚度 。
A B
S
S = Vm.t
旋耕机切土节距 —— 安 装在同一回
转平面内的刀片在转过相应安装角
时间内机组所前进的距离。
设,θ— 同一安装平面内相邻刀片的安装角；
Z— 同一安装平面内均匀安装的刀片数；
则有,θZ=2π,θ =ω t；
同一安装平面内相邻二刀片相继入土的时间间隔为,
t=θ /ω =2π / Zω ；
Vm— 机组前进速度,m/s ω— 刀片回转角速度,r/s；
S = Vm t = Vm 2π / Zω = 60Vm / Z n （ m）
S = Vm 2π / Zω
= 60Vm / Z n （ m）
由上式可以看出, 改变 Z,ω,Vm 均可使 S发生变
化 。 一般来说, S越小越好, 若使 S小, 可通过增加 Z、
n或减少 Vm的方法获得, 但是, Z的过分增加易造成土
壤杂草的堵塞, n的增加也将造成功率的消耗, Vm的
减少使生产效率下降, 所以, 在确定各个参数时要通
盘考虑, 一般情况下, 通过适当的改变 n和 Vm来达到
不同整地要求的作业 。
目前, 国产旋耕机的结构参数和运动参数
均有一定的确定范围, 以免在使用过程中出现
不必要的失误 。 具体如下,
Z=2~4
S=10~12 cm 旱地作业
S=4~6 cm 粘重土壤和杂草地
S=8~9 cm 水田地
七、旋耕机刀片
旋耕刀是旋耕机的主要工作部
件, 刀片的形状和参数对旋耕机的
工作质量, 功率消耗影响很大 。 为
适应不同土壤旋耕作业的需要, 人
们对旋耕刀的形状和结构进行了大
量的研究 。 目前, 卧式旋耕机上使
用的旋耕刀主要有三大类,
1、旋耕刀的类型
凿形刀、直角刀、弯形刀
工作特点,
凿形刀：只有正面刃口，工作时凿尖首先从外
部刺入土让壤，然后在刀身的作用下使土壤破
碎。入土能力强，松碎效果好，但容易缠草。
ω
S
直角刀：直角刀刀刃口由正切刃和侧切刃组成，
两刃口相交成 900左右，工作时先由正切刃从横向切开
土壤，再由侧切刃由外向里逐渐切出土垡的侧面。刀
身宽，刚性好，有一定的工作宽度，容易加工制造，
但易缠草。
S
ω
侧切刃
正切刃
弯形刀：弯形刀刃口由正切刃和侧切刃组成，但刃
口不是直线而是曲线，其中，侧切刃口曲线为阿基
米德螺线。工作时先由侧切刃沿纵向切开土壤，并
先由刀片根部向外滑切，然后再由正切刃从横向切
开土垡。切削阻力小，不易缠草，生产成本高。
S
ω
侧切忍 正切刃
2、刀片在刀轴上的安装：螺旋线排列
八, 旋耕机的功率消耗
旋耕机的功率消耗主要包
括刀片的 土壤切削, 土块抛掷,
传动等, 其中, 切土和抛土所
消耗的功率占总功率消耗的
80%以上, 功率消耗表达式如
下,
设,kr— 旋耕土壤比阻（ kg/cm）,
1.2~1.6，与耕深有关，耕深大选
大值。
B— 工作幅宽,m ； h— 工作深
度,cm； Vm— 机组速度,m/s ；
则有,N = F Vm = kr B h Vm
（注意统一单位）
= 100 kr B h Vm （ kg m /s）
=100kr B h Vm/75 （ PS）,1PS=75kg m /s
=100 kr B h Vm /102 （ kw），
1kw = 102 kg m / s
≈ kr B h Vm （ kw）
N = kr B h Vm
思考题
1、何谓旋耕机？工作原理？作业特点？
2、旋耕机的主要组成？
3、旋耕机正常工作的二个条件？
4、为什么旋耕机刀片的运动参数能影响耕深的大小？
5、旋耕机切土节距的定义？
6、已知一旋耕机欲对某田快进行整地作业，旋耕机
刀辊的转速为 250r/min，同一回转平面内安装 2把刀，
农艺要求的切土厚度不得大于 10cm，试确定机组的
前进速度？（ km/h）
引 言
第一节 圆盘耙及其理论计算
第二节 旋耕机及其理论分析
引 言
耕地后土垡间
有很大的空间, 土
块较大, 地表不平,
尚不能进行播种作
业, 须进行松碎平
整作业, 以达到地
表平整, 上松下实
的农作物栽培要求 。
这项工作一般由整
地机械来完成 。 整地机械简介 — 视频资料，点击画面
整地机械的种类很多，根
据不同作业的需要有以下几种
类型：钉齿耙、圆盘耙、悬耕
机、滚轧耙、镇压器等。其中，
钉齿耙目前多用于蓄力作业，
圆盘耙和悬耕机机械化应用较
多。
本章的重点是圆盘
耙和悬耕机的类型、结
构、工作原理、理论分
析和基本计算。
镇压器的作用 — 视频
悬
挂
圆
盘
耙
牵
引
圆
盘
耙
镇压器配合联合播种机在工作
旋耕镇压联合作业机在工作
旋耕机系列 —— 卧式旋耕机和立式旋耕机
第一节 圆盘耙及其理论计算
一、圆盘耙的类型和表达方式
二, 一般结构和工作过程
三, 圆盘耙片的结构参数和基本计算
四, 圆盘耙的牵引阻力
第一节 圆盘耙及其理论计算
圆盘耙始用于 40年代, 是替代钉齿耙的主要机具之一, 目前国内外已广泛采用,
他的主要特点是：被动旋转, 断草能力较强, 具有一定的切土, 碎土和翻土功能, 功
率消耗少, 作业效率高, 既可在已耕地作业又可在未耕地作业, 工作适应性较强 。
圆盘耙的用途和类型 —— 视频（点击画面）
一, 圆盘耙的类型和表达方式
1、按与动力的连接方式分：牵引式、悬挂式
和半悬挂式。
2,按耙片的直径分,
重型耙 （ 660mm）
中型耙 （ 560mm）
轻型耙 （ 460mm）
3,按耙片的外缘形状分
全缘耙
缺口耙
全缘耙片易于加工制造，缺口耙片入土能力
强，易于切断杂草、作物残茬等，但成本高。
4,按耙组的配置方式分
单列耙, 双列耙, 组合耙, 偏置耙, 对置耙
圆盘耙型号的表达方式
1、型号的组成,1 B 字母 —— 数字
农机序列好号
农机具组别号
圆盘耙的特性
耙的工作幅宽
（ m）
2、型号全称,
QX—— 轻型悬挂耙
JX —— 中型悬挂耙
J —— 中型耙
Z —— 重型耙
例如,1BZQ—— 4.5 重型牵引圆盘耙
二, 一般结构和工作过程
1,结构组成：耙组, 耙架, 牵引架, 偏角调
节装置等 。
2,工作过程
⑴ 耙片在空间的位置对土壤作用的影响
,
以地面为作业面，圆盘回转平面与地面垂
直为基本工作条件，则有下列几种作用效果,
α=00时, 只有滚动没
有拖动, 能切断杂草
和土块, 但无翻土能
力, 且难以达到预定
的耙深 。
Vm
α =900时, 耙片只有拖动没有滚动,
有强烈的翻土能力, 但断草能力几乎
为零, 且很容易造成土壤堆积和堵塞
现象 。
Vm 90o
0＜ α＜ 900时, 既有滚动又有拖动, 是整
地过程所需要的工作状态 。
⑵ 工作过程：耙地机组在
牵引动力的作用下, 圆盘
耙片受重力和土壤反力的
作用边滚动边切入土壤并
达到预定耙深, 由于耙片
偏角的作用, 耙组同时完
成了切割土壤, 切断杂草
和翻扣的工作 。
Vm α
三, 圆盘耙片的结构参数和基本计算
1、耙片直径,D = k a
max
式中,k— 经验系数,4 ~ 6
amax— 最大设计耙深 cm
2、圆盘球面半径,R=D/2sinψ
式中,ψ— 扇形半角,21~270
3,耙片厚度：选择时要充分考
虑直径的大小, 工作负荷等因素,
一般用下式来确定圆盘厚度的大
小 。
δ =（ 0.008 ~ 0.012） D
重耙,δ=5 mm
中耙,δ=4 mm
轻耙,δ=3.5 mm
4、耙片轴向安装间距 b的确定
耙片间距对圆盘耙设计安装和
使用耙组、保证其正常工作是非常
重要的。轴向间距的大小直接影响
耙组在耕作横断面内的对土壤加工
和处理的程度、碎土质量。 间 距太
小易造成土壤堵塞，太大易产生漏
耙。要解决好这一矛盾，耙片轴向
安装间距的合理选择是至关重要的。
4、耙片轴向安装间距 b的确定
在横断面内的耙片对土壤的影响区域形状如下,
圆盘耙片在工作时, 从其
横断面看上去为一椭圆形, 由
于 b的存在, 相邻两圆盘加工
后的土壤横断面中间有一凸起
高度 h,当 h=a时表示有严重的
漏耙现象发生, 而 h=0又是不
可能的, 所以, 要求 h≤a。 因
此, b的确定对凸起高度 h的大
小有直接的影响, 必须找出 b
与 h的函数关系, 以便保证既
不漏耙又不堵塞正确合理的耙
片轴向安装间距 。
4、耙片轴向安装间距 b的确定
由图所知,
b=Dhtgα
Dh—— 耙片盘面在
凸起高度处的耙片
玄长, Dh=？, 其
大小可通过沿耙片
轴向的投影辅助图
获得 。
4、耙片轴向安装间距 b的确定
∵ △ ABC∽ △ ACF
∴ =
2/Dh
cD ?
c
Dh 2/
h A F
B
C
Dh
D
∴ h（ D－ h） =Dh2/4,
∴ Dh=2√h（ D－ h）
∴ b =2√h（ D－ h） tgα
又 ∵ b = Dh tgα
4、耙片轴向安装间距 b的确定
∴ b =2√h（ D－ h） tgα
注意,该公式只是一定性分析式，它只是说
明了 b与 h函数关系，并没有进行量化处理，
我们做如下处理,
设,hmax≤a / 2,D = k amax=（ 4~6） amax，取
平均值 k = 5,α= 140 ~ 230,取 α= 200，
a=180mm,D=460mm,h=a/2=180/2=90mm，
则有,b=132mm。
b=132mm
可以吗？
4、耙片轴向安装间距 b的确定
该值从理论上满足了圆盘耙
不产生漏耙的要求, 按照这样一
个参数进行耙片安装在实践中如
何呢？ 通过田间试验表明, 由不
产生漏耙所确定的 b值过小, 极
易发生堵塞现象 。
通过田间试验表明, 由不
产生漏耙所确定的 b值过小, 极
易发生堵塞现象 。 在同样结构
参数条件下, 不产生泥土和杂
草堵塞的经验 b 值为,
b≥（ 1.5~2） a
b≥（ 1.5~2） a
如果该经验公式与前面我们已经求得的
不产生漏耙现象的耙片最大轴项安装间距,
b =2√h（ D－ h） tgα
等价的话, 这是我们最希望出现的结果, 这
使得理论与实践获得了统一 。 事实并非如此,
将已知量 a=180mm经验公式, 取系数为 1.5
得,b≥ 1.5× 180≥270mm。
验证结果表明, 不产生漏耙的
条件与不产生堵塞的条件不能同时
满足, 既出现了二种结果,
)( hDh ?
b≤2 tgα 不漏耙
a b≥ （ 1.5~2） a 不堵塞
这是农机具设计和使用中常出现的矛盾！
问题,1、如何解决这一矛盾？
2、用取中间值的办法？
措施,1,首先以不产生堵塞的条件 b≥
（ 1.5~2） a 确定圆盘耙片的轴向
安装间距, 保证耙组能入土工作 。
2,然后采取配置相互交错排列
的前后 2列耙组, 前耙组产生的
漏耙由后列耙组进行处理, 保证
整台机组既不漏耙又不堵塞 。
结论,通常在生产实际过程中所应
用的圆盘耙均为双列耙。
措施,
四, 圆盘耙的牵引阻力
Rx=kb a B （ N）
式中,kb— 耙地比阻, （ N/cm2）
未耕地：粘土,5.5；壤土,3.5
已耕地：粘土,2.8；壤土,2.1
a— 耙深 （ cm）
B— 总工作幅宽 （ cm）
注意：请自学圆盘耙的受力与机组平衡 P55~58。
思考题
1、圆盘耙的类型和表达方式？
2、圆盘耙的一般构成？
3、耙片轴向安装间距二个条件及应用？
第二节 旋耕机及其理论分析
一、基本构成
二、主要类型
三、作业特点
四、工作原理
五、旋耕机刀片的运动分析
六、旋耕机作业质量控制
七、旋耕机的功率消耗
第二节 旋耕机及其理论分析
旋耕机应用的历史较短, 用途不一, 有些国家和地区作为耕地机械使
用, 有的用作整地机械, 山东省及周边地区大多用于耕后松碎土壤和整平
地表 。 在我国应用量逐年增加, 尤其是北方干旱地区 。
旋耕机 —— 他是一种工作部件
主动旋转，以铣切原理加工土
壤的耕耘机械。
一、基本构成：机架、传动装置、
刀辊、挡土罩、平地拖板等。
二, 工作过程,
旋 耕 机 刀
片在动力的驱动
下一边旋转, 一
边随机组直线前
进, 在旋转中切
入土壤, 并将切
下的土块向后抛
掷, 与挡土板撞
击后进一步破碎
并落向地表, 然
后被拖板拖平 。
三、作业特点
碎土能力强、平整度高、对土壤的适应性好、
纵向尺寸短、耕深小、功耗大、幅宽小、效
率低。
四、主要类型
1、按与动力连接方式分：牵引式,悬挂式、直连式。
2、按刀轴安置方向分：横轴式、立
轴式、斜轴式。
3、按动力传递路线分：侧边传
动、中间传动。
侧边传动 中间传动
五、旋耕机刀片的运动分析
旋耕机工作时, 刀片一边绕轴正向旋转,
一边随机组作直线运动, 因此, 刀片的绝对
运动轨迹是一条由旋转运动与直线运动合成
的数学摆线, 但是, 由于二者之间的数值组
合不同, 其合成后的摆线形状存在较大的差
异, 并且对旋耕机最终的工作结果产生不同
的影响, 我们研究并分析旋耕机刀片的运动
轨迹的目的就在于确定适用于旋耕机正常工
作的条件及其量化指标 。
1,刀片的绝对运动轨迹 （ 定性分析 ）
设,R— 旋耕机刀片端点的最大回转半径
Vm— 机组前进速度
ω— 刀片回转角速度
t— 时间函数
则有,Vd— 刀片端点的切向速度，
Vd=Rω,令速比为,λ = Vd/ Vm 。
我们通过作图的方式确定刀片的绝对运动轨迹
x
y
ω
Vmt
ωt
Vm
o m o/
h
M
Vmt
x
y
ω
ωt
Vm
o m o/
h
M
X = R cosωt ＋ Vm t
y = R sinωt M点的运动方程,
不同速比 λ对旋耕机工作质量的影响
已知,λ = Vd / Vm,由于速比 λ 的不同，
其运动轨迹形状也不同，有 三 种情况,
λ＜ 1 λ＞ 1 λ＝ 1
我们考察一下这 3种情况分别对旋耕
机正常工作有那些影响, 从而定性地决
定旋耕机正常工作的基本条件 。
根据旋耕机工作的特点我们了解到，旋耕机刀片先
是切土，然后向后抛土，这一基本动作就需要旋耕机刀
片从入土开始到抛土结束并抬离地面，其绝对运动轨迹
上的任意一点的绝对速度的水平分速 Vx指向后方，既 Vx
＜ 0,3种速比下的刀片绝对运动轨迹是否都能满足上述
要求呢？我们做一下对比分析,
λ ＜ 1，短摆线
Vm
V
Vx
结论,Vx＞ 0,不能向后抛土
Vx
V= Vx
V
M N
λ＝ 1，滚摆线
Vx＞ 0，不能用
Vm Vm
Λ＞ 1，余摆线
在 MN线下,Vx＞ 0，满足
通过做图分析发现, 只有 λ
＞ 1余摆线时刀片才能满足向后
抛土的条件, 并且只是轨迹最大
玄长以下部分才能满足, 设计和
应用时要特别注意, 刀片的工作
深度不能超过这个范围 。 影 响最
大玄长高度的因素主要是刀片的
尺寸, 机组的前进速度和刀片的
回转速度, 既 λ值 。
在结构参数不变的情况下, λ 值越大, 轨迹最大
玄长的值越大, 其位置就越靠上, 当 λ =∞ 时, 刀片端
点的绝对运动轨迹为一数学圆, 最大玄长在横轴处,
耕深可达最大值, 但这是不可能的, 因为此时机组不
在前进 。 而是原地扒窝 。 因此, λ ＞ 1是旋耕机正常工
作的定性条件 。
R
Vm=0,λ=∞
2、机组速度 Vm与刀片旋转
速度 ω 的配合（定量分析）
上述分析只是定性的确定了刀片
满足旋耕机正常工作的基本条件 ——
λ＞ 1。 实际上, λ的数值不同其形状差
别很大, 对工作质量和工作性能也有
较大的影响, 主要影响因素是机组速
度 Vm与刀片旋转速度 ω的大小和配合程
度, 必须找出他们之间的函数关系,
然后加以量化处理 。
Vmt
x
y
ω ωt
Vm
o m o/
h
M
设,m点为刀片入土点，从开始入土到抛土结束并抬离
地面均满足旋耕机正常工作的条件,则有,
x = Rcosωt + Vmt, y = Rsinωt = R－ h
x = Rcosωt + Vmt ①
y = Rsinωt = R－ h ②
要满足向后抛土的条件, 刀片绝对运动轨迹上任意一
点的绝对速度的水平分速 Vx＜ 0,根据上述方程, 我们不
难得出,
Vx= x/ =Vm + Rωsinωt＜ 0
sinω t = （ R－ h） / R,代入上式得,
Vm－ Rω（ R－ h） / R＜ 0
∴ Vm ＜ （ R－ h） ω（ 定量 ）
结论,旋耕机正常工作必须同时
满足定性和定量二个条件，既,
① 定性条件,λ ＞ 1 （余摆线）
② 定量条件,Vm ＜ （ R－ h） ω
该公式也可用下列公式表述,
h＜ R — Vm/ω,或 h＜ R（ 1— 1/λ ）
Vm ＜ （ R— h） ω
h＜ R — Vm/ω
h＜ R（ 1— 1/λ ） —— λ ↑→h↑？
上述公式主要反映了结构参数与运
动参数对耕深的影响 。 如,R的变化对耕
深的影响, 我们很容易理解, 但 ω, Vm
对 h的影响就有些抽象了 。 实际上, 前面
我们已经做过解释,ω 和 Vm决定了 λ 值
的大小, 决定了刀片运动轨迹的形状 。
Vm ＜ （ R— h） ω
h＜ R — Vm/ω
h＜ R（ 1— 1/λ ）
λ 越大, 其形状的最大玄长值也就越大,
位置也越靠上, 能满足耕深的轨迹高度越大 。
当 λ →∞ 时, Vm→ 0,（ λ =Rω / Vm）, 能满足
向后抛土的轨迹高度为半径 R。 既 h = R,反之,
耕深就小, 当 λ → 0时, Vm→∞, ω=0,绝对运
动轨迹为一条直线, 没有环扣, 也就无法向后
抛土 。
旋耕机运动参数一般的取值范
围,Vm = 0.5~1.5 m/s,n = 190~280
r/min,或 λ= 4~10,h=8~16 cm。 由
于国外多采用大功率拖拉机, 刀片
材料好, 旋耕机的工作深度可达
20~25cm,完全可以取代犁耙作业,
减少拖拉机的进地次数, 保护土壤
不受更大的破坏 。
六、旋耕机作业质量控制
由于旋耕机工作时是
以铣切原理加工土壤的,
这就使得刀轴上同一个回
转平面内的刀片在相继入
土和切削土壤的过程是间
歇的 。 设：安装在刀轴上
的同一个回转平面内的刀
片数量为 Z。
S
△ x
A B
Vm
随着第一把刀在 A点入土, 刀片一面旋转, 一
面随机组直线前进, t时刻后, 安装在同一个回转平
面内的第二把刀开始在 B点入土, 那么, AB=S,定
义为旋耕机刀片的切土节距 。 △ x— 一把刀在纵垂面
内所能切土的厚度 。
A B
S
S = Vm.t
旋耕机切土节距 —— 安 装在同一回
转平面内的刀片在转过相应安装角
时间内机组所前进的距离。
设,θ— 同一安装平面内相邻刀片的安装角；
Z— 同一安装平面内均匀安装的刀片数；
则有,θZ=2π,θ =ω t；
同一安装平面内相邻二刀片相继入土的时间间隔为,
t=θ /ω =2π / Zω ；
Vm— 机组前进速度,m/s ω— 刀片回转角速度,r/s；
S = Vm t = Vm 2π / Zω = 60Vm / Z n （ m）
S = Vm 2π / Zω
= 60Vm / Z n （ m）
由上式可以看出, 改变 Z,ω,Vm 均可使 S发生变
化 。 一般来说, S越小越好, 若使 S小, 可通过增加 Z、
n或减少 Vm的方法获得, 但是, Z的过分增加易造成土
壤杂草的堵塞, n的增加也将造成功率的消耗, Vm的
减少使生产效率下降, 所以, 在确定各个参数时要通
盘考虑, 一般情况下, 通过适当的改变 n和 Vm来达到
不同整地要求的作业 。
目前, 国产旋耕机的结构参数和运动参数
均有一定的确定范围, 以免在使用过程中出现
不必要的失误 。 具体如下,
Z=2~4
S=10~12 cm 旱地作业
S=4~6 cm 粘重土壤和杂草地
S=8~9 cm 水田地
七、旋耕机刀片
旋耕刀是旋耕机的主要工作部
件, 刀片的形状和参数对旋耕机的
工作质量, 功率消耗影响很大 。 为
适应不同土壤旋耕作业的需要, 人
们对旋耕刀的形状和结构进行了大
量的研究 。 目前, 卧式旋耕机上使
用的旋耕刀主要有三大类,
1、旋耕刀的类型
凿形刀、直角刀、弯形刀
工作特点,
凿形刀：只有正面刃口，工作时凿尖首先从外
部刺入土让壤，然后在刀身的作用下使土壤破
碎。入土能力强，松碎效果好，但容易缠草。
ω
S
直角刀：直角刀刀刃口由正切刃和侧切刃组成，
两刃口相交成 900左右，工作时先由正切刃从横向切开
土壤，再由侧切刃由外向里逐渐切出土垡的侧面。刀
身宽，刚性好，有一定的工作宽度，容易加工制造，
但易缠草。
S
ω
侧切刃
正切刃
弯形刀：弯形刀刃口由正切刃和侧切刃组成，但刃
口不是直线而是曲线，其中，侧切刃口曲线为阿基
米德螺线。工作时先由侧切刃沿纵向切开土壤，并
先由刀片根部向外滑切，然后再由正切刃从横向切
开土垡。切削阻力小，不易缠草，生产成本高。
S
ω
侧切忍 正切刃
2、刀片在刀轴上的安装：螺旋线排列
八, 旋耕机的功率消耗
旋耕机的功率消耗主要包
括刀片的 土壤切削, 土块抛掷,
传动等, 其中, 切土和抛土所
消耗的功率占总功率消耗的
80%以上, 功率消耗表达式如
下,
设,kr— 旋耕土壤比阻（ kg/cm）,
1.2~1.6，与耕深有关，耕深大选
大值。
B— 工作幅宽,m ； h— 工作深
度,cm； Vm— 机组速度,m/s ；
则有,N = F Vm = kr B h Vm
（注意统一单位）
= 100 kr B h Vm （ kg m /s）
=100kr B h Vm/75 （ PS）,1PS=75kg m /s
=100 kr B h Vm /102 （ kw），
1kw = 102 kg m / s
≈ kr B h Vm （ kw）
N = kr B h Vm
思考题
1、何谓旋耕机？工作原理？作业特点？
2、旋耕机的主要组成？
3、旋耕机正常工作的二个条件？
4、为什么旋耕机刀片的运动参数能影响耕深的大小？
5、旋耕机切土节距的定义？
6、已知一旋耕机欲对某田快进行整地作业，旋耕机
刀辊的转速为 250r/min，同一回转平面内安装 2把刀，
农艺要求的切土厚度不得大于 10cm，试确定机组的
前进速度？（ km/h）
